一种在极端火山条件下生长的藻类为改善光合作用和农业可持续性提供了启示

科学家们正在研究C. merolae--一种在意大利菲格拉火山区生长旺盛的藻类，以了解其独特的光合作用过程。

意大利的菲格拉埃火山区是一个高度活跃的火山区，地貌千变万化，酸性温泉点缀其间。 这个巨大的火山口是坎帕尼亚火山弧的一部分，坎帕尼亚火山弧还包括维苏威火山--公元 79 年摧毁庞贝古城的罪魁祸首。

尽管环境恶劣，气候灼热，但菲格拉埃火山口却孕育着生命力顽强的微生物。 密歇根州立大学的研究人员正在研究这样一种生物--一种特殊的藻类，以了解它是如何在如此极端的环境中茁壮成长的。

MSU-DOE 植物研究实验室和植物生物学系的研究生 Anne Steensma 在实验室与 C. merolae 一起工作。 学分：Kara Headley

在《植物生理学》（Plant Physiology）上发表的一篇新论文中，MSU-DOE植物研究实验室和沃克（Walker）实验室的研究人员与植物生物学系的沙查尔-希尔（Shachar-Hill）实验室合作，研究了Cyanidioschyzon merolae（或称C. merolae）及其光合作用获取自身食物的独特能力。

了解 C. merolae 如何在如此极端的条件下工作，有助于科学家更好地推断或改进光合作用过程，光合作用对地球上的所有生命都至关重要。

这项研究的主要研究者伯克利-沃克（Berkley Walker）说："科学只描述了大自然如何以不同方式应对相同挑战的一个狭窄片断。 这篇论文很好地确定了，我们通常看到的方法并不是必须的方法。"

这项研究考察了 C. merolae 的碳集中机制（或称 CCM）。 许多光合生物都使用 CCM 来提高光合作用的效率。 CCM 就像一个运送驱动器，将二氧化碳运送到最能利用它的地方。

显微镜图像 图片来源：Anne Steensma

目前，人们对植物中的 CCM 有了很好的了解，但只有少数藻类种类具有很好的特征。

"C. merolae是一种非常简单的生物体，因此它并不具备人们通常认为的碳浓缩机制的所有结构和能力，"植物生物学系和分子植物科学研究生项目的研究生安妮-斯蒂恩斯玛（Anne Steensma）说。 她是这项研究的共同第一作者。"我们的论文探讨了建立碳浓缩机制所需的基本特征。"

研究人员与 MSU 统计与概率系的合作者共同设计了数学模型来模拟 C. merolae。 为了设计和完善这个藻类模型，研究人员付出了大量的努力，以便在进一步的研究中继续使用它。

Anne Steensma、Berkley Walker 和 Yair Shachar-Hill 与快速蛋白质液相色谱系统。 在这项研究中，研究人员利用该仪器将一种光合蛋白质从其他细胞成分中分离出来，从而了解了这种蛋白质，并为他们的碳浓缩机制模型增添了信息。 资料来源：卡拉-海德雷

"这项研究面临的一大挑战是如何理解我们在模型中插入的许多不同参数是如何相互作用的，"该论文的共同第一作者约书亚-卡斯特（Joshua Kaste）和斯坦斯马（Steensma）说。"这使得我们与统计系的宋志立博士和许俊浩博士的合作变得至关重要。"

为了建立这个模型，研究人员输入了一些数据，这些数据可以让模型在现实生活中扮演C. merolae细胞的角色，或者尽可能地接近它。 这有点像给演员一个剧本： 你知道演员要说的话，但不知道他们表演的每一个细节。 研究人员最了解 CCM 的组成部分是脚本，通过对计算机进行编码，尽可能精确地创建机制模型。

这项研究的大部分工作是通过计算完成的，它设计了一个C. merolae模型，可用于未来的研究。 资料来源：卡拉-海德雷

有了这个模型，研究人员就可以输入新的条件，看看藻类会如何反应。 例如，他们可以移除模型的一部分，观察是否会破坏 CCM 的功能。 这可以帮助研究人员缩小藻类的哪些部分对 CCM 至关重要。

沃克说："这向我们展示了碳浓缩机制工程学的'最小前进路径'。另一种看法是，也许我们可以改进 C. merolae 的这种简单的碳集中系统，使其在极端的生活环境下获得更大的生长动力。"

编译自/ScitechDaily